KR20180057275A - 배터리 제어 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
배터리 제어 방법 및 장치가 개시된다. 일실시예에 따른 배터리 재어 장치는 배터리의 현재 사용 환경을 측정하고, 배터리의 활물질의 특성에 기초하여 활물질에 포함된 물질에 관한 농도 제한 조건을 생성하고, 현재 사용 환경 및 농도 제한 조건에 기초하여 배터리의 사용 환경을 제어할 수 있다.
Description
아래 실시예들은 배터리 제어 기술에 관한 것이다.
모바일 기기 및 전기자동차 등의 전력원으로 사용되는 배터리는 충전 또는 방전됨에 따라 열화가 진행되어 수명 특성이 떨어지게 된다. 배터리를 충전하기 위한 방식들로, 특정 전압까지 정전류로 충전한 뒤 미리 설정된 낮은 전류에 도달할 때까지 정전압으로 충전하는 CC-CV(Constant Current-Constant Voltage) 충전 방식, 일정 전류로 유지하는 CC(Constant Current) 충전 방식, 일정 전력을 유지하는 CP(Constant Power) 방식, 고전류로부터 저전류까지 여러 단계의 CC(Constant Current)로 충전하는 방식인 멀티-스텝(multi-step) 충전 방식과 짧은 시간 단위로 펄스 전류(pulse current)를 반복적으로 인가하는 펄스 충전 방식 등이 사용되고 있다.
배터리가 탑재된 전기자동차 또는 모바일 기기의 사용자가 많아지면서 배터리 수명 특성을 높이기 위한 기술이 요구되고 있다. 배터리의 충방전 시에 발생할 수 있는 배터리 열화를 방지하기 위해, 배터리의 전하를 제어하는 기술 개발이 필요하다.
일실시예에 따른 배터리 제어 방법은 배터리의 현재 사용 환경을 측정하는 단계; 상기 배터리의 활물질(Active materal)의 특성에 기초하여, 상기 활물질에 포함된 물질에 관한 농도 제한 조건을 생성하는 단계; 및 상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계는 상기 현재 사용 환경 및 상기 활물질의 특성에 기초하여, 상기 활물질에 포함된 물질의 현재 농도 분포를 계산하는 단계; 및 상기 현재 농도 분포가 상기 농도 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 상기 배터리의 전류를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 제어 방법은 상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 전극에 관한 전위 제한 조건을 생성하는 단계; 및 상기 현재 사용 환경 및 상기 전위 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계는 상기 현재 사용 환경 및 상기 활물질의 특성에 기초하여, 상기 전극의 현재 전위 분포를 계산하는 단계; 및 상기 현재 전위 분포가 상기 전위 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 상기 배터리의 전류를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 제어 방법은 상기 활물질의 특성, 상기 활물질에 포함된 물질의 특성 및 상기 물질이 이동하는 전해질의 특성 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 전해질 및 상기 물질 사이의 부반응을 일으키기 시작하는 부반응 전위를 결정하는 단계; 및 상기 현재 사용 환경 및 상기 부반응 전위에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계는 상기 현재 사용 환경 및 상기 활물질의 특성에 기초하여, 상기 배터리의 전극의 현재 전위 분포를 계산하는 단계; 및 상기 현재 전위 분포와 상기 부반응 전위를 비교하여, 상기 배터리의 전류를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 활물질은 양극 활물질 및 음극 활물질을 포함하고, 상기 농도 제한 조건을 생성하는 단계는 상기 양극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한과 상기 음극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 제어 방법은 상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 전극에 관한 전위 제한 조건을 생성하는 단계; 및 상기 현재 사용 환경 및 상기 전위 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 전위 제한 조건을 생성하는 단계는 상기 양극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한에 기초하여, 양극의 전위 하한 및 전위 상한을 계산하는 단계; 및 상기 음극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한에 기초하여, 음극의 전위 하한 및 전위 상한을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 현재 사용 환경은 상기 배터리의 온도, 전압 및 전류를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 농도 제한 조건을 생성하는 단계는 상기 배터리의 열화 정도에 더 기초하여, 상기 농도 제한 조건을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계는 상기 배터리의 SOC(State Of Charge)를 포함하는 배터리 상태를 추정하는 단계; 및 상기 배터리 상태 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 표준 시간 동안 충전 또는 방전할 수 있는 최대 가용 전력(Maximum Available Power)을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 최대 가용 전력을 결정하는 단계는 상기 배터리 상태에 기초하여, 최대 가용 전력을 설정하는 단계; 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계는 상기 표준 시간 동안 상기 설정된 최대 가용 전력을 충전 또는 방전하는 조건에서, 상기 활물질에 포함된 물질의 예상 농도 분포를 계산하는 단계; 및 상기 예상 농도 분포가 상기 농도 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 최대 가용 전력을 결정하는 단계는 상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 전극에 관한 전위 제한 조건을 생성하는 단계; 및 상기 전위 제한 조건에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 전위 제한 조건에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계는 상기 표준 시간 동안 상기 설정된 최대 가용 전력을 충전 또는 방전하는 조건에서, 상기 전극의 예상 전위 분포를 계산하는 단계; 및 상기 예상 전위 분포가 상기 전위 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 최대 가용 전력을 결정하는 단계는 상기 활물질의 특성, 상기 활물질에 포함된 물질의 특성 및 상기 물질이 이동하는 전해질의 특성 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 전해질 및 상기 물질 사이의 부반응을 일으키기 시작하는 부반응 전위를 결정하는 단계; 및 상기 부반응 전위에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 부반응 전위에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계는 상기 표준 시간 동안 상기 설정된 최대 가용 전력을 충전 또는 방전하는 조건에서, 상기 배터리의 전극의 예상 전위 분포를 계산하는 단계; 및 상기 예상 전위 분포와 상기 부반응 전위를 비교하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 배터리 제어 장치 배터리의 현재 사용 환경을 측정하고, 상기 배터리의 활물질의 특성에 기초하여, 상기 활물질에 포함된 물질에 관한 농도 제한 조건을 생성하며, 상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 프로세서를 포함한다.
도 1은 일실시예에 따른 배터리 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리의 전기화학모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 일실시예에 따른 배터리 전극의 전위를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6는 일실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구성의 예시도이다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리의 전기화학모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 일실시예에 따른 배터리 전극의 전위를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6는 일실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구성의 예시도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 제어 장치는 배터리의 현재 사용 환경을 측정할 수 있다(101). 배터리의 현재 사용 환경은 현재 구동되고 있는 배터리의 사용 환경으로서, 배터리의 온도, 전압, 전류, C-rate, SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health), 배터리의 활물질에 포함된 물질의 농도, 배터리의 전극의 전위 등을 포함할 수 있다. 배터리의 현재 사용 환경은 배터리 제어 장치에 의해 추정 또는 측정될 수 있다.
배터리는 충전에 의해 전력을 저장하는 축전기 또는 2차 전지를 포함하고, 배터리를 채용한 장치는 배터리로부터 부하로 전력을 공급할 수 있다. 부하는 전력을 소비하는 주체로서, 외부로부터 공급되는 전력을 소모할 수 있고, 예를 들어 특정 전압에서 전류가 흐르는 회로를 이용하여 전력을 소비하는 전열기, 전등, 전기자동차의 모터 등을 포함한다. 여기서, 배터리는 리튬이온 배터리일 수 있다. 이 경우, 배터리의 전극에는 리튬화합물인 활물질이 포함되어 있고, 활물질에 포함된 물질은 리튬이온(Li+)일 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 리튬이온 배터리에 적용된 배터리 제어 방법이 기술되지만, 실시예들은 리튬이온 배터리를 포함한 다른 유형의 배터리에 적용될 수 있다. 배터리는 리튬이온(Li+)이 삽입(intercalation) 및 탈리(deintercalation)될 수 있는 전극으로 구성되는데, 배터리 제어 장치는 전극의 전위를 추정할 수 있다.
배터리 제어 장치는 배터리를 제어하는 장치로서, 소프트웨어 모듈, 하드웨어 모듈 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 제어 장치는 BMS(Battery Management System)에 의해 구현될 수 있다. BMS는 배터리를 관리하는 시스템으로서, 예를 들어 배터리의 상태를 모니터링하고, 배터리가 동작하는 최적화된 조건을 유지하고, 배터리의 교체시기를 예측하며, 배터리의 문제를 발견하고, 배터리와 관련된 제어 또는 명령 신호를 생성하여 배터리의 상태 또는 동작을 제어할 수 있다.
배터리의 온도를 측정한다는 것은 충전의 타겟인 배터리의 온도를 직접 측정하거나 별도 장치에 의해 측정된 온도를 획득하는 개념을 포함한다. C-rate은 배터리 용량에 따른 전류의 충방전율을 나타내는 배터리 관련 전류 특성을 의미하고, [C]의 단위가 사용된다. 예를 들어, 배터리의 용량(1시간 동안 사용할 수 있는 전류량)이 1000 mAh이고, 충방전 전류가 1 A인 경우, C-rate은 1 C = 1 A / 1000 mAh 가 된다.
SOC는 배터리의 충전 상태를 나타내는 파라미터이다. SOC는 배터리에 저장된 에너지가 어느 정도인지 나타내므로, 퍼센트(%) 단위를 사용하여 0~100 %로 그 양이 표시될 수 있다. 예를 들면, 0%는 완전방전상태이고, 100%는 완전충전상태를 의미할 수 있는데, 이러한 표현 방식은 설계의도나 실시예에 따라 다양하게 변형되어 정의될 수 있다.
SOH는 열화(aging)로 인한 배터리의 수명 특성 변화를 정량적으로 나타내주는 파라미터로서, 배터리의 수명 또는 용량이 어느 정도 퇴화되었는지를 나타낸다. 배터리 제어 장치가 SOC 및 SOH를 추정하는 방식에는 다양한 기법들이 채용될 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 사용 환경을 추정 또는 측정하기 위해, 배터리와 관련된 특성을 미리 구축된 데이터베이스로부터 획득할 수 있다. 여기서 배터리와 관련된 특성은 배터리의 현재 상태, 배터리를 구성하는 물질들의 특성, 배터리의 설정값들 등을 포함할 수 있다. 데이터베이스는 배터리 제어 장치에 포함된 메모리로 구현되거나 배터리 제어 장치와 유선, 무선, 또는 네트워크 등으로 연결 가능한 서버 등의 외부 장치로 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 배터리 제어 장치는 배터리의 활물질의 특성에 기초하여, 활물질에 포함된 물질에 관한 농도 제한 조건을 생성할 수 있다(102). 배터리 제어 장치는 배터리의 열화 정도(예를 들어, SOH), 양극 활물질의 특성 및 음극 활물질의 특성에 기초하여, 농도 제한 조건을 생성할 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 농도 제한 조건에 기초하여, 배터리의 사용 환경을 제어할 수 있다(103). 배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 활물질의 특성에 기초하여 활물질에 포함된 물질의 현재 농도 분포를 계산할 수 있다. 배터리 제어 장치는 현재 농도 분포가 농도 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여 배터리의 전류를 제어할 수 있다. 배터리 제어 장치는 배터리의 전류를 제어하여, 배터리의 충전 또는 방전에 따른 C-rate을 조절할 수 있다. 배터리의 전류를 제어하는 개념은 배터리의 C-rate을 조절하는 동작을 포함하고, 배터리의 C-rate을 제어하는 개념은 배터리의 전류를 조절하는 동작을 포함하며, 여기서 배터리의 C-rate 또는 전류는 배터리의 충전 또는 방전 중에 제어될 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 농도 분포가 농도 제한 조건을 충족시키도록 전류를 반복적으로 조절하고, 현재 농도 분포가 농도 제한 조건을 충족시키는 조건에서 현재 사용 환경의 제어를 종료할 수 있다. 여기서, 현재 사용 환경의 제어를 종료한다는 것은 리튬이온(Li+) 농도와 양극 및 음극의 전위 관련 조건들을 충족시키는 전류를 유지하고, 유지된 전류의 조절을 종료하는 동작을 포함한다. 예를 들어, 1C의 전류로 리튬이온(Li+) 농도와 양극 및 음극의 전위 관련 조건들이 충족된다면, 배터리 제어 장치는 전류를 유지할 수 있다. 배터리 제어 장치는 현재 농도 분포의 최대값 또는 최소값을 추출하고, 추출된 값들을 농도 제한 조건과 비교하는 방식으로 농도 제한 조건의 충족 여부를 판단할 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 농도 제한 조건에 기초하여 배터리를 제어하는 실시예를 설명한다.
도 2는 일실시예에 따른 배터리의 전기화학모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리의 단면(201)과 배터리의 전기화학모델의 모식도(202)가 도시되어 있다. 일실시예에 따른 배터리는 리튬이온(Li+)이 삽입 및 탈리될 수 있는 두 개의 전극(양극 및 음극), 리튬이온(Li+)이 이동할 수 있는 매질인 전해질(electrolyte), 양극과 음극을 물리적으로 분리하여 전자가 직접 흐르지 않도록 하고, 이온은 통과시키는 분리막(separator), 전기화학반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학반응에 필요한 전자를 공급하는 양극 집전체(collector) 및 음극 집전체로 구성될 수 있다. 양극은 양극 활물질을 포함하고, 음극은 음극 활물질을 포함할 수 있는데, 예를 들어 양극 활물질로서 LiCoO2가 사용되고, 음극 활물질로서 흑연(C6)이 사용될 수 있다. 배터리의 충전 시에는 양극으로부터 음극으로 리튬이온(Li+)가 이동하고, 배터리의 방전 시에는 음극으로부터 양극으로 리튬이온(Li+)가 이동하므로, 충방전에 따라 양극 활물질에 포함된 리튬이온(Li+)의 농도 및 음극 활물질에 포함된 리튬이온(Li+)의 농도가 변화하게 된다. 배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 활물질의 특성에 기초하여 양극 및 음극에서의 리튬이온(Li+)의 현재 농도 분포를 계산하고, 계산된 현재 농도 분포가 농도 제한 조건을 충족시키도록 배터리의 사용 환경을 제어할 수 있다. 실시예에 따라, 배터리 제어 장치는 양극에 포함된 양극 활물질의 표면 및/또는 음극에 포함된 음극 활물질의 표면에서의 리튬이온(Li+)의 현재 농도 분포에 기초하여, 배터리의 사용 환경을 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 양극 활물질의 특성 및 열화 정도에 기초하여 양극 활물질에 포함된 리튬이온(Li+)의 농도 상한(Cs,c _max) 및 농도 하한(Cs,c_min)을 결정하고, 음극 활물질의 특성 및 열화 정도에 기초하여 음극 활물질에 포함된 리튬이온(Li+)의 농도 상한(Cs,a _max) 및 농도 하한(Cs,a _min)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 제어 장치는 BOL(Beginning Of Life)인 양극의 양극 활물질에 포함된 리튬이온(Li+)의 농도 제한 조건을 0.5 < Cc < 1로 설정하고, BOL인 음극의 음극 활물질에 포함된 리튬이온(Li+)의 농도 제한 조건을 0 < Ca < 1로 설정할 수 있다. 여기서, Cc 및 Ca는 각각 양극 활물질의 리튬이온(Li+)의 농도 및 음극 활물질의 리튬이온(Li+)의 농도를 의미한다. Cc가 0.5보다 작아지면 양극 활물질의 구조가 변환되어 비가역적 반응이 일어나서 양극이 열화될 수 있고, Ca가 1보다 커지면 음극 활물질의 표면에서 리튬 금속이 석출되는 리튬 플레이팅(lithium plating) 현상이 발생되어 음극이 열화될 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 양극 활물질의 특성에 기초하여 양극에서의 리튬이온(Li+)의 현재 농도 분포를 계산하고, 현재 사용 환경 및 음극 활물질의 특성에 기초하여 음극에서의 리튬이온(Li+)의 현재 농도 분포를 계산할 수 있다. 예를 들면, 배터리 제어 장치는 배터리의 전기화학모델의 모식도(202)에 도시된 바와 같이 배터리의 두께 방향으로 현재 농도 분포를 계산할 수 있다. 여기서, 배터리의 두께 방향은 양극 집전체 또는 음극 집전체로부터 분리막을 향하는 방향이거나 그 반대 방향을 의미한다. 모식도(202)에서 x축은 배터리의 두께 방향에 따른 위치를 지시하고, y축은 배터리의 두께 방향에 따른 특정 위치에서 리튬이온(Li+)의 현재 농도 분포를 지시한다.
일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 수학식 1 내지 5의 지배 방정식에 의해 구현된 전기화학모델을 채용하여 양극 및 음극의 리튬이온(Li+)의 현재 농도 분포를 계산할 수 있다.
수학식 1은 Butler-Volmer 방정식이고, 수학식 2는 활물질의 전하 평형 방정식이고, 수학식 3은 전해질의 전하 평형 방정식이고, 수학식 4는 전해질의 물질 확산 방정식이고, 수학식 5는 활물질의 물질 확산 방정식이다. 수학식 1 내지 5에서, 
는 산화환원 반응에 의해 생성되는 전류 밀도이고,
는 화학 반응 속도 상수이고, 
는 전해질의 리튬이온(Li+) 농도이고, 
는 전달 평형상수이고, 
는 전극의 리튬이온(Li+) 농도의 최대값이고, 
는 전극의 리튬이온(Li+) 농도이고, 
는 일반 기체 상수(universal gas constant)이고, 
는 온도이고, 
는 페러데이 상수이고, 
는 과전위이고, 
는 전극의 유효 전도도이고, 
는 전극의 전위이고, 
는 전극 활물질의 비표면적(specific interfacial area)이고, 
는 전해질의 유효 전도도이고, 
는 전해질의 전위이고, 
는 전해질의 확산 전도도이고, 
는 전해질의 부피분율(volume fraction)이고, 
는 전해질의 유효 확산 계수이고,
는 시간이고, 
는 이온의 전달 수(transference number)이고, 
는 활물질의 반경이고, 
는 전극 내 리튬이온(Li+)이온의 확산 계수이다.
배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 활물질의 특성을 미리 설계된 전기화학모델에 적용할 수 있고, 전기화학모델로부터 양극 활물질의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포와 음극 활물질의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포를 도 2에 도시된 모식도(202)와 같이 도출할 수 있다. 여기서, 양극 활물질 및 음극 활물질은 구형의 활물질들로 모델링될 수 있고, 배터리 제어 장치는 모델링된 활물질들의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포 Cc 및 Ca를 계산하고, 계산된 Cc 및 Ca가 각각 Cs,c _min < Cc < Cs,c_max 및 Cs,a _min < Ca < Cs,a _ max 를 충족하도록 배터리의 사용 환경을 동적으로 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 배터리가 충방전되는 동안 Cc 및 Ca를 계산하고, 전류를 제어할 수 있다. 배터리 제어 장치는 전극의 전위에 기초하여 배터리의 사용 환경을 제어할 수 있는데, 이에 관해 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 일실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 배터리 제어 장치는 배터리의 현재 사용 환경을 측정할 수 있다(301). 배터리 제어 장치는 배터리의 활물질의 특성에 기초하여 활물질에 포함된 물질에 관한 농도 제한 조건을 생성할 수 있다(302). 농도 제한 조건을 생성하는데 있어서, 상술한 실시예가 그대로 적용될 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 농도 제한 조건에 기초하여 배터리의 전극에 관한 전위 제한 조건을 생성할 수 있다(303). 일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 농도 제한 조건을 전기화학모델을 적용하여 전위 제한 조건을 생성할 수 있다. 배터리 제어 장치는 양극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한에 기초하여 양극의 전위 하한 및 전위 상한을 계산하고, 음극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한에 기초하여 음극의 전위 하한 및 전위 상한을 계산할 수 있다.
예를 들면, 배터리 제어 장치는 수학식 1 내지 3을 이용하여, Cs,c _max으로부터 양극의 전위 하한(Φ s,c _min)을 계산하고, Cs,c _min으로부터 양극의 전위 상한(Φ s,c _max)을 계산하고, Cs,a _max으로부터 음극의 전위 하한(Φ s,a _min)을 계산하고, Cs,a _ min으로부터 음극의 전위 상한(Φ s,a _max)을 계산할 수 있다. 배터리 제어 장치는 계산된 전위의 상하한에 기초하여, 양극의 전위 제한 조건(Φ s,c _min < Φ s,c < Φ s,c _max)과 음극의 전위 제한 조건(Φ s,a _min < Φ s,a < Φ s,a _max)을 생성할 수 있다. 여기서, Φ s,c 및 Φ s,a는 양극 및 음극의 전위를 의미한다. 일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 양극의 전위 상한 및 전위 하한을 계산하는데 있어서 양극 활물질의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포를 고려하고, 음극의 전위 상한 및 전위 하한을 계산하는데 있어서 음극 활물질의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포를 고려할 수 있다. 배터리 제어 장치는 전위 제한 조건을 도출하는데 있어서 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포를 반영하여 충방전시 전위 제한 조건을 동적으로 생성할 수 있다.
배터리 제어 장치는 활물질의 특성, 활물질에 포함된 물질의 특성 및 전해질의 특성 중 적어도 하나에 기초하여, 부반응 전위를 결정할 수 있다(304). 여기서, 부반응 전위는 전해질과 물질 사이의 부반응(side reaction)을 일으키기 시작하는 양극 및 음극의 전위를 의미하는데, 예를 들어 양극의 전위가 양극의 부반응 전위를 초과하게 되면 양극 활물질의 표면에서 전해질 산화(electrolyte oxidation)가 발생하여 양극이 열화될 수 있고, 음극의 전위가 음극의 부반응 전위보다 작게 되면 음극 활물질의 표면에서 리튬 플레이팅이 발생하여 음극이 열화될 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 현재 사용 환경과 배터리 특성을 고려하여, 양극의 부반응 전위와 음극의 부반응 전위를 결정할 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 활물질의 특성에 기초하여, 활물질에 포함된 물질의 현재 농도 분포를 계산할 수 있다(305). 배터리 제어 장치는 현재 농도 분포가 농도 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여 배터리의 전류를 제어할 수 있다(306). 농도 제한 조건을 이용하여 배터리를 제어하는 실시예에는 상술된 내용이 그대로 적용될 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 활물질의 특성에 기초하여 전극의 현재 전위 분포를 계산할 수 있다(307). 일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 양극 활물질의 특성을 전기화학모델에 적용하여 양극의 현재 전위 분포 Φ s,c를 동적으로 계산하고, 현재 사용 환경 및 음극 활물질의 특성을 전기화학모델에 적용하여 음극의 현재 전위 분포 Φ s,a를 동적으로 계산할 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 전위 분포가 전위 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 배터리의 전류를 제어할 수 있다(308). 예를 들어, 배터리 제어 장치는 현재 전위 분포가 전위 제한 조건을 충족시키도록 전류를 반복적으로 조절하고, 현재 전위 분포가 전위 제한 조건을 충족시키는 조건에서 현재 사용 환경의 제어를 종료할 수 있다. 배터리 제어 장치는 현재 전위 분포의 최대값 또는 최소값을 추출하고, 추출된 값들을 전위 제한 조건과 비교하는 방식으로 전위 제한 조건의 충족 여부를 판단할 수 있다.
배터리 제어 장치는 Φ s,c 및 Φ s,a가 각각 Φ s,c _min < Φ s,c < Φ s,c _max 및 Φ s,a _min < Φ s,a < Φ s,a _max를 충족하도록 배터리의 사용 환경을 동적으로 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 배터리가 충방전되는 동안 Φ s,c 및 Φ s,a를 계산하고, 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포가 반영된 전위 제한 조건을 동적으로 계산하여, 배터리의 전류를 제어할 수 있다.
배터리 제어 장치는 현재 전위 분포와 부반응 전위를 비교하여, 배터리의 전류를 제어할 수 있다(309). 예를 들어, 배터리 제어 장치는 양극의 현재 전위 분포가 양극의 부반응 전위보다 작아지도록 전류를 반복적으로 조절하고, 양극의 현재 전위 분포가 양극의 부반응 전위보다 작아지는 조건에서 현재 사용 환경의 제어를 종료할 수 있다. 이와 마찬가지로, 배터리 제어 장치는 음극의 현재 전위 분포가 음극의 부반응 전위보다 커지도록 전류를 반복적으로 조절하고, 음극의 현재 전위 분포가 음극의 부반응 전위보다 커지는 조건에서 현재 사용 환경의 제어를 종료할 수 있다. 배터리 제어 장치는 현재 전위 분포의 최대값 또는 최소값을 추출하고, 추출된 값들을 부반응 전위와 비교하는 방식으로 대소 관계를 판단할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 배터리가 충방전되는 동안 Φ s,c 및 Φ s,a를 계산하고, Φ s,c 및 Φ s,a를 각각 양극의 부반응 전위와 음극의 부반응 전위와 비교하여 배터리의 전류를 동적으로 제어할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 배터리 전극의 전위를 제어하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리가 충전되는 동안 배터리 제어 장치는 양극의 전위(401)가 양극의 전위 상한(402)보다 작고, 부반응 전위(403)보다 작은 조건을 충족(405)시키도록 배터리의 전류를 제어할 수 있다. 도 4의 그래프에서 x축은 음극의 리튬이온(Li+) 농도를 나타내며, 그래프에서 오른쪽으로 갈수록 음극의 리튬이온(Li+) 농도는 커지는 것을 의미한다. 반면, 음극의 리튬이온(Li+) 농도가 증가할수록 양극의 리튬이온(Li+) 농도는 감소하므로, 그래프에서 오른쪽으로 갈수록 양극의 리튬이온(Li+) 농도는 작아지는 것을 의미한다. 배터리가 충전되는 경우, 양극의 리튬이온(Li+) 농도는 작아지고 음극의 리튬이온(Li+) 농도는 커진다. 즉, 배터리가 충전되는 동안 그래프의 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 양극 및 음극의 리튬이온(Li+) 농도가 변화한다. 물론 배터리가 방전되는 동안에는 그래프의 오른쪽에서 왼쪽 방향으로 양극 및 음극의 리튬이온(Li+) 농도가 변화할 수 있다.
배터리 제어 장치는 상술한 바와 같이 전기화학모델을 이용하여 양극의 전위(401)를 계산할 수 있고, 양극의 과전위는 양극의 전위(401)와 OCV(Open Circuit Voltage)(404)의 차로부터 결정된다. 배터리 제어 장치는 배터리의 사용 환경을 제어하여 과전위를 조절하는 방식으로 양극의 전위(401)를 조절할 수 있다. OCV는 내부 회로가 개방(open)된 상태의 전위로서, 배터리에 흐르는 전류가 0인 상태에서 시간이 지남에 따라 전극의 전위가 수렴하는 값으로 측정 또는 추정될 수 있고, 예를 들어 SOC와 OCV가 매핑된 룩업 테이블에 기초하여 OCV가 추정될 수 있다. 배터리 제어 장치는 SOC에 기초하여 OCV를 추정할 수 있다.
배터리 제어 장치는 도 1 내지 3을 참조하여 설명된 실시예를 채용하여 양극의 전위 상한(402) 및 부반응 전위(403)를 계산할 수 있다. 여기서, 배터리가 충전됨에 따라 양극의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포는 변화하므로, 배터리 제어 장치는 양극의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포를 동적으로 계산하고, 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포가 반영된 양극의 전위 상한(402)을 도출할 수 있다.
도 4를 참조하면, 배터리가 충전되는 동안 배터리 제어 장치는 음극의 전위(406)가 음극의 전위 하한(407)보다 크고, 부반응 전위(408)보다 큰 조건을 충족(410)시키도록 배터리의 전류를 제어할 수 있다. 전술한 것과 같이, 배터리가 충전되는 동안 그래프의 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 음극의 리튬이온(Li+) 농도가 변화한다. 배터리 제어 장치는 상술한 바와 같이 전기화학모델을 이용하여 음극의 전위(406)를 계산할 수 있고, 음극의 과전위는 음극의 전위(406)와 OCV(Open Circuit Voltage)(409)의 차로부터 결정된다. 배터리 제어 장치는 배터리의 사용 환경을 제어하여 과전위를 조절하는 방식으로 음극의 전위(406)를 조절할 수 있다. 배터리 제어 장치는 도 1 내지 3을 참조하여 설명된 실시예를 채용하여 음극의 전위 하한(407) 및 부반응 전위(408)를 계산할 수 있다. 여기서, 배터리가 충전됨에 따라 음극의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포는 변화하므로, 배터리 제어 장치는 음극의 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포를 동적으로 계산하고, 리튬이온(Li+) 현재 농도 분포가 반영된 음극의 전위 하한(407)을 도출할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 배터리 제어 장치는 배터리의 현재 사용 환경을 측정할 수 있다(501). 배터리 제어 장치는 현재 사용 환경 및 활물질의 특성에 기초하여 농도 제한 조건, 전위 제한 조건 및 부반응 전위를 생성할 수 있고(502), 여기에서 상술된 내용이 그대로 적용될 수 있다.
배터리 제어 장치는 배터리의 SOC를 포함하는 배터리 상태를 추정할 수 있다(503). 배터리 제어 장치는 전압측정법 등의 방식을 이용하여 SOC를 추정할 수 있고, 배터리 상태 추정에 관해서는 다양한 기법들이 응용되어 채용될 수 있다.
배터리 제어 장치는 배터리 상태에 기초하여 최대 가용 전력를 설정할 수 있다(504). 여기서, 최대 가용 전력이란 현재의 배터리 상태에서 표준 시간 동안 배터리가 충전/방전할 수 있는 최대의 전력을 의미하고, 배터리가 충전할 수 있는 최대의 전력을 최대 가용 충전 전력이라 지칭하고, 배터리가 방전할 수 있는 최대의 전력을 최대 가용 방전 전력이라 지칭한다. 예를 들어 SOC가 클수록 최대 가용 방전 전력은 커지고, 최대 가용 충전 전력은 작아질 수 있다.
배터리 제어 장치는 배터리가 농도 제한 조건, 전위 제한 조건 및 부반응 전위의 조건을 유지하면서 충전/방전할 수 있는 최대 가용 전력을 계산할 수 있다. 배터리 제어 장치는 배터리의 현재 사용 환경을 반영하여 최대 가용 전력을 계산하므로, 최대 가용 전력 추정의 정밀도를 높일 수 있다.
만약, 최대 가용 충전 전력의 계산 정밀도가 낮다면 계산 오차를 보정하기 위해 일정량을 줄여 최대 가용 충전 전력이 계산될 수 있다. 따라서, 회생재동의 경우 일정량이 줄어든 최대 가용 충전 전력으로 인해 에너지 효율이 떨어질 수 있고, 최대 가용 출력 전력의 오차로 인해 전극의 리튬이온(Li+) 농도 및 전위 관련 제어의 오차가 발생하여 배터리가 열화에 노출될 수 있다. 일실시예에 따른 배터리 제어 장치는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 배터리 제어 기법에 최대 가용 전력의 개념을 도입하여, 배터리의 에너지 효율을 높이고 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
배터리 제어 장치는 표준 시간 동안 최대 가용 전력을 충전/방전하는 조건에서, 활물질에 포함된 물질의 예상 농도 분포 및 전극의 예상 전위 분포를 계산할 수 있다(505). 배터리 제어 장치는 상술한 방식을 적용하여 예상 농도 분포 및 예상 전위 분포를 계산할 수 있다.
배터리 제어 장치는 예상 농도 분포가 농도 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여 최대 가용 전력을 조절할 수 있다(506). 여기서, 최대 가용 전력을 조절하는 것은 계산된 값을 보정하는 의미를 내포할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리 제어 장치는 보정 작업의 반복(iteration)을 생략하고, 농도 제한 조건, 전위 제한 조건 및 부반응 전위에 기초하여, 최대 가용 전력을 계산할 수 있다.
배터리 제어 장치는 예상 전위 분포가 전위 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여 최대 가용 전력을 조절할 수 있다(507). 배터리 제어 장치는 예상 전위 분포와 부반응 전위를 비교하여 최대 가용 전력을 조절할 수 있다(508). 배터리 제어 장치는 최대 가용 전력을 조절하는 동작을 반복하여 최적화된 최대 가용 전력을 도출할 수 있다.
도 6는 일실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구성의 예시도이다.
도 6을 참조하면, 배터리 제어 장치(601)는 프로세서(602) 및 메모리(603)를 포함한다. 프로세서(602)는 도 1 내지 도 5을 통하여 전술한 적어도 하나의 장치들을 포함하거나, 도 1 내지 도 5을 통하여 전술한 적어도 하나의 방법을 수행할 수 있다. 메모리(603)는 배터리 제어 방법이 구현된 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(603)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리일 수 있다.
프로세서(602)는 프로그램을 실행하고, 배터리 제어 장치(601)를 제어할 수 있다. 프로세서(602)에 의하여 실행되는 프로그램의 코드는 메모리(603)에 저장될 수 있다. 배터리 제어 장치(601)는 입출력 장치(도면 미 표시)를 통하여 외부 장치(예를 들어, 퍼스널 컴퓨터 또는 네트워크)에 연결되고, 데이터를 교환할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (20)
- 배터리의 현재 사용 환경을 측정하는 단계;
상기 배터리의 활물질의 특성에 기초하여, 상기 활물질에 포함된 물질에 관한 농도 제한 조건을 생성하는 단계; 및
상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계
를 포함하는
배터리 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계는
상기 현재 사용 환경 및 상기 활물질의 특성에 기초하여, 상기 활물질에 포함된 물질의 현재 농도 분포를 계산하는 단계; 및
상기 현재 농도 분포가 상기 농도 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 상기 배터리의 전류를 제어하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 전극에 관한 전위 제한 조건을 생성하는 단계; 및
상기 현재 사용 환경 및 상기 전위 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계
를 더 포함하는
배터리 제어 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계는
상기 현재 사용 환경 및 상기 활물질의 특성에 기초하여, 상기 전극의 현재 전위 분포를 계산하는 단계; 및
상기 현재 전위 분포가 상기 전위 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 상기 배터리의 전류를 제어하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 활물질의 특성, 상기 활물질에 포함된 물질의 특성 및 상기 물질이 이동하는 전해질의 특성 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 전해질 및 상기 물질 사이의 부반응을 일으키기 시작하는 부반응 전위를 결정하는 단계; 및
상기 현재 사용 환경 및 상기 부반응 전위에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계
를 더 포함하는
배터리 제어 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계는
상기 현재 사용 환경 및 상기 활물질의 특성에 기초하여, 상기 배터리의 전극의 현재 전위 분포를 계산하는 단계; 및
상기 현재 전위 분포와 상기 부반응 전위를 비교하여, 상기 배터리의 전류를 제어하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 활물질은 양극 활물질 및 음극 활물질을 포함하고,
상기 농도 제한 조건을 생성하는 단계는
상기 양극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한과 상기 음극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한을 결정하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 전극에 관한 전위 제한 조건을 생성하는 단계; 및
상기 현재 사용 환경 및 상기 전위 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계
를 더 포함하고,
상기 전위 제한 조건을 생성하는 단계는
상기 양극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한에 기초하여, 양극의 전위 하한 및 전위 상한을 계산하는 단계; 및
상기 음극 활물질에 포함된 물질의 농도 상한 및 농도 하한에 기초하여, 음극의 전위 하한 및 전위 상한을 계산하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 현재 사용 환경은 상기 배터리의 온도, 전압 및 전류를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 농도 제한 조건을 생성하는 단계는
상기 배터리의 열화 정도에 더 기초하여, 상기 농도 제한 조건을 생성하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 단계는
상기 배터리의 SOC(State Of Charge)를 포함하는 배터리 상태를 추정하는 단계; 및
상기 배터리 상태 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 표준 시간 동안 충전 또는 방전할 수 있는 최대 가용 전력을 결정하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제11항에 있어서,
상기 최대 가용 전력을 결정하는 단계는
상기 배터리 상태에 기초하여, 최대 가용 전력을 설정하는 단계; 및
상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계는
상기 표준 시간 동안 상기 설정된 최대 가용 전력을 충전 또는 방전하는 조건에서, 상기 활물질에 포함된 물질의 예상 농도 분포를 계산하는 단계; 및
상기 예상 농도 분포가 상기 농도 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 최대 가용 전력을 결정하는 단계는
상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 전극에 관한 전위 제한 조건을 생성하는 단계; 및
상기 전위 제한 조건에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계
를 더 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 전위 제한 조건에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계는
상기 표준 시간 동안 상기 설정된 최대 가용 전력을 충전 또는 방전하는 조건에서, 상기 전극의 예상 전위 분포를 계산하는 단계; 및
상기 예상 전위 분포가 상기 전위 제한 조건을 충족시키는지 여부에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 최대 가용 전력을 결정하는 단계는
상기 활물질의 특성, 상기 활물질에 포함된 물질의 특성 및 상기 물질이 이동하는 전해질의 특성 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 전해질 및 상기 물질 사이의 부반응을 일으키기 시작하는 부반응 전위를 결정하는 단계; 및
상기 부반응 전위에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계
를 더 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 제16항에 있어서,
상기 부반응 전위에 기초하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계는
상기 표준 시간 동안 상기 설정된 최대 가용 전력을 충전 또는 방전하는 조건에서, 상기 배터리의 전극의 예상 전위 분포를 계산하는 단계; 및
상기 예상 전위 분포와 상기 부반응 전위를 비교하여, 상기 설정된 최대 가용 전력을 조절하는 단계
를 포함하는,
배터리 제어 방법.
- 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제17항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
- 배터리의 현재 사용 환경을 측정하고,
상기 배터리의 활물질의 특성에 기초하여, 상기 활물질에 포함된 물질에 관한 농도 제한 조건을 생성하며,
상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는 프로세서
를 포함하는
배터리 제어 장치.
- 제19항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 현재 사용 환경 및 상기 농도 제한 조건에 기초하여, 상기 배터리의 전극에 관한 전위 제한 조건을 생성하고,
상기 활물질의 특성, 상기 활물질에 포함된 물질의 특성 및 상기 물질이 이동하는 전해질의 특성 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 전해질 및 상기 물질 사이의 부반응을 일으키기 시작하는 부반응 전위를 결정하며,
상기 현재 사용 환경, 상기 전위 제한 조건 및 상기 부반응 전위에 기초하여, 상기 배터리의 사용 환경을 제어하는,
배터리 제어 장치.
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